Physiologie de la filtration glomérulaire

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1 04/03/16 BERARDI Marianne L3 CR : Julie Chapon RVU-AGM Pr. Burtey 14 pages Physiologie de la filtration glomérulaire Plan Introduction A. Les secteurs hydriques de l organisme B. Les échanges entre les différents secteurs C. La vascularisation rénale D. La filtration glomérulaire Introduction Le néphron est l'unité fonctionnelle du rein, (ronéo de l'an dernier :il y en a à peu près 1 million par rein avec de grandes variabilités d'un individu à l'autre. On a tendance à imaginer le rein, avec ce genre de schéma, comme un néphron unique. Cela permet de raisonner plus facilement mais il faut garder en tête que le rein en contient 1 million et que l'architecture tridimensionnelle du rein est capitale pour son fonctionnement) Les trois caractéristiques qui définissent le Néphron sont: - un vaisseau (artère afférente -> capillaire glomérulaire -> artère efférente) - la filtration glomérulaire - la fonction tubulaire La vascularisation possède une particularité anatomique, en effet il y a deux champs capillaires. Une première série de capillaires qui assure la filtration et une deuxième série (péri capillaire) qui assure la réabsorption. Que contrôle le rein? le volume des secteurs hydriques de l'organisme, le milieu intérieur est essentiel à la vie ce qui signifie qu 'il est indispensable d'avoir une régulation fine de ces volumes, la composition électrolytique des différents secteurs, la réponse adaptative en quelques heures voire en quelques jours au niveau de l'organisme, à la différence des réponses cardiaques ou pulmonaires qui sont bien plus rapides (<min). La réponse vasculaire au niveau rénal est cependant assez rapide, le maintient de l'équilibre du milieu intérieur qui est l'un des objectifs principaux du rein. 1/14

2 Ce milieu intérieur est en permanence soumis à des agressions du milieu extérieur (par exemple la transpiration avec perte de potassium, d'eau et de sel, la diarrhée avec perte d'eau et de sel ; et l hydratation quotidienne). Le rein permet donc de maintenir un équilibre dans le milieu intérieur grâce à ses capacités d élimination. En effet, on peut boire entre 300mL et 20L par jour sans que cela n'entraîne de conséquences néfastes pour l'organisme. C'est donc un organe qui permet d'avoir une certaine liberté. A. Les secteurs hydriques de l organisme La membrane plasmique sépare le milieu intracellulaire du milieu extra-cellulaire. Le milieu intracellulaire représente 40% du poids du corps et 2/3 de l'eau totale. Le milieu extra-cellulaire représente 20% du poids du corps et 1/3 de l'eau totale. Ce milieu se divise en deux secteurs qui possèdent quasiment la même composition sauf en ce qui concerne la quantité de protéine : le secteur interstitiel riche en protéines et le secteur vasculaire qui assure les échanges d'eau et d éléments figurés entre les différents organes, ce secteur représente 5% du poids corporel. Le système vasculaire possède donc un rôle capital c'est pourquoi il est finement régulé. Les entrées sont représentées par l'alimentation et le métabolisme de base qui produit de nombreux déchets dirigés vers le milieu intérieur. L'élimination se fait part : le poumon avec l 'élimination de CO2 la peau qui est peu régulable et qui s'occupe bien plus du maintien de la chaleur que du maintien du milieu intérieur. le tube digestif qui n'est pas régulable le rein qui est le seul véritablement régulable avec l'élimination des urines. La réponse rénale est facile à étudier grâce à la récupération des urines sur 24h, ce qui représente un véritable avantage. En effet il n'est pas fréquent de pouvoir récupérer directement les produits des organes (pour le cœur c'est la tension artérielle, pour le poumon c'est la fréquence respiratoire). L'eau représente 60% du poids du corps d'un adulte. La composition en eau varie en fonction de l'âge, du sexe et de la masse grasse : 70% chez le nourrisson, 45 à 50% chez une femme âgée. En vieillissant la masse grasse augmente et la masse maigre diminue. L'osmolarité est identique entre les différents secteurs : 300 mosm/kg d'eau mais la composition en électrolytes est différente. 2/14

3 Dans le compartiment intracellulaire, le cation majeur est le potassium. L'anion essentiel est le phosphore. Le sodium est peu présent. Dans le secteur interstitiel, le cation principal est le sodium, il y a beaucoup de bicarbonates et quasiment pas de protéine. Dans le secteur plasmatique, on a du sodium comme dans le milieu interstitiel, du chlore pour l'électroneutralité, beaucoup de calcium alors qu'il n'y en a pas dans le cytosol des cellules et des protéines à hauteur de 70g/L. B. Les échanges entre les différents secteurs Échanges entre secteur intracellulaire et secteur interstitiel : - d'eau par osmose, il y a un gradient passif permanent qui se fait par les aquaporines du à la présence de la bicouche lipidique - de sodium avec la présence de la pompe Na+K+ ATPase (il y a 3 Na+ qui sortent 2K+ qui entrent). Il faut en permanence conserver un milieu cellulaire pauvre en Na+ et riche en K+. - d'ions par des systèmes actifs de types I ou II surtout (avec la présence de la pompe). 3/14

4 Échange entre le secteur plasmatique et le secteur interstitiel : la paroi capillaire est une membrane semi perméable. Tous les échanges se font par un gradient de pression d'après l'équation de Starling. Les éléments figurés ainsi que les macromolécules vont rester dans le plasma. On a ainsi l'équation de Starling : Jv= Kj*(ΔPH-ΔP) ΔPH=PH-PHi : Différence de pression hydrostatique entre le vaisseau et le tissu ΔP=P-Pi : Différence de pression oncotique entre le vaisseau et le tissu Jv: Quantité transférée ou flux vasculaire, qui sort du vaisseau Kj : Coefficient de perméabilité de la paroi capillaire, qui est variable d'un tissu à l'autre La pression oncotique reste stable ou augmente légèrement le long d'un capillaire car la concentration en protéine augmente à cause de la réabsorption. La pression artérielle diminue nettement, elle passe de 35 mmhg à 14 mmhg d'une part par la perte de charge et la vasoconstriction, d'une autre par la diffusion de l'eau dans le milieu interstitiel ce qui fait diminuer la quantité de liquide dans les vaisseaux. 4/14

5 On peut voir qu'au début du capillaire on aura une filtration mais qu'à la fin du capillaire, il y aura une réabsorption. Environ 90% de ce qui est filtré est réabsorbé au niveau du capillaire et 10% va être résorbé par les lymphatiques. Si on n'a pas de réabsorption, on a l'accumulation de liquide dans le tissu interstitiel : c'est ce que l'on appelle un œdème (exemple : dans le cancer du sein si tous les lymphatiques sont retirés par curage axillaire il y a la création d 'un lymphœdème). Si la tension artérielle chute il y a absence de diffusion de l 'O2 dans le système interstitiel ce qui provoque une cyanose. La tension artérielle joue donc un rôle majeur dans la vascularisation des tissus, elle permet la filtration. C. Le secteur vasculaire Il est capital pour l'organisme et assure tous les échanges entre les organes. Son maintien est prioritaire pour l'organisme. Il s'agit d'eau salée (5% du poids du corps) et d éléments figurés du sang. Le contrôle du bilan sodé par le rein est essentiel pour la survie. C'est de l'eau salée (150mmol de Na+/L d'eau mais attention il ne s'agit pas de cristaux). Le rein nécessite une importante vascularisation, en effet c'est l'organe le plus vascularisé de l organisme, la vascularisation du rein est supérieur à celle du cerveau. La vascularisation du rein représente 1/5 du débit cardiaque (= 5L) soit 1L de sang en moyenne. Or le rein pèse seulement 150g soit 300g pour les deux (donc ils reçoivent beaucoup de sang pour une masse très faible). Le débit sanguin rénal (DSR) est estimé à 1L par minute. Les artères rénales sont branchées directement sur l'aorte et sont de courtes tailles ce qui facilite l'apport. Le débit plasmatique rénal est de 600ml/min. La particularité de cette vascularisation est la présence de deux réseaux capillaires en série : un réseau qui va être le réseau glomérulaire et un réseau qui sera le réseau péritubulaire. Ce ne sont pas des vaisseaux qui servent essentiellement à nourrir l'organe, ils servent surtout à la fonction rénale. Après l'artère rénale (120 mmhg), on va avoir l'artère interlobaire, puis l'artère arquée, l'artère interlobulaire, l'artériole afférente, le premier lit capillaire qui correspond aux capillaires glomérulaires (floculus), l'artériole efférente (20 mmhg), le deuxième lit capillaire ou capillaires péritubulaires, les veinules puis les veines. La pression artérielle moyenne (120 mmhg), qui est élevée dans l'artère rénale, va diminuer fortement au niveau de l artériole afférente. La pression hydrostatique est alors, en moyenne, de 45mmHg. Il y a encore une perte de charge au niveau des capillaires pour arriver à une pression très faible en veineux. Il existe un phénomène important qui explique la perte de charge, c'est l'effet Bayliss. Le rein s'autocontrôle. 5/14

6 Le capillaire glomérulaire est unique, il est situé entre deux artères résistives, il n'est pas noyé dans le tissu interstitiel. Il a deux types cellulaires qui jouent le rôle de péricyte qui assurent une certaine rigidité: - la cellule mésangiale qui est un fibromacrophage - le podocyte qui a une structure très semblable à celle du neurone de part sa complexité architecturale (il y a autant de gènes qui régule un neurone qu'un podocyte). On retrouve de l'intérieur vers l extérieur : la membrane basale, les cellules endothéliales qui sécrètent les composants de la basale et le péricyte. L'effet Bayliss : L'augmentation de la pression artérielle systémique entraîne la vasoconstriction réflexe qui empêche l'augmentation de la pression artérielle capillaire. La paroi du capillaire est fragile (une assise de cellule plus du tissu interstitiel) donc si la pression augmente trop il y a une rupture du vaisseau (exemple : en cas HTA sévère se produit des saignements au niveau cérébral). La Pression hydrostatique est stable grâce à cette vasoconstriction réflexe. Au niveau rénal il y a une autorégulation du flux sanguin de 60/80 mmhg à 180 mmhg. Le flux sanguin rénal et le débit de filtration glomérulaire sont stables grâce à la vasoconstriction artériolaire afférente essentiellement. CR : Si la pression artérielle augmente, la filtration glomérulaire va aussi augmenter : le rein est donc un bon reflet de la fonction cardiaque. 6/14

7 D. La filtration glomérulaire La filtration glomérulaire est un processus d'ultrafiltration électro physicochimique, unidirectionnel (quasiment aucune rétrofiltration) et passif (le rein est branché sur la pompe cardiaque). Il y a un transfert d'eau et de substances dissoutes à travers une membrane semi perméable, le long d'un gradient de pression hydrostatique L'urine primitive est donc issue d'une ultrafiltration. Le filtre glomérulaire est un filtre physique et chimique qui laisse passer tout ce qui est inférieur à daltons (r=1,8 nm)mais qui ne laisse rien passer au dessus de daltons (r=4,4 nm). Entre 15 et 80 kda, le passage va dépendre des charges électriques, il y a une repousse des charges négatives. L'albumine est repoussée alors qu'elle possède un poids moléculaire égal à 65 kda car elle possède une charge négative. Elle n'est donc pas retrouvée dans les urines. Le filtre glomérulaire présente trois structures filtrantes : - La cellule endothéliale empêche le passage des éléments figurés du sang (plaquettes et globules rouges essentiellement). C'est un préfiltre à large trous (passoire à gros trous). On observe de grandes fenestrations sans diaphragme au niveau de l endothélium ultraperméable. La cellule endothéliale est capable d'ouvrir des trous dans son cytoplasme mais ce mécanisme est pour l'instant mal compris. - La membrane basale glomérulaire empêche le passage des globules rouges et des grosses structures moléculaires(ex : IgM). Les trous sont un peu plus petits que ceux des cellules endothéliales. (passoire à moyens trous). La membrane basale glomérulaire est très particulière car c'est une des rares membranes basales à avoir trois Cytoplasme d'une cellule endothéliale tuniques (Lamina rara interna, Lamina densa, Lamina rara externa). C'est une membrane assez épaisse avec une composition très particulière en collagène. Les pieds sont collés à la membrane basale. - Le podocyte (chinois) et ses fentes de filtration sont des filtres finement régulés. Le podocyte comporte un corps, des pieds et des pédicelles. Chaque podocyte s étend dans toutes les directions. 7/14

8 CR : Pour ceux qui n'y connaissent rien en cuisine, un chinois est une passoire très fine. Une anse capillaire correspond à plusieurs podocytes. Ces podocytes ont une durée de vie très longue, il n'a plus de division cellulaire même s'il y a un renouvellement (mécanisme pas encore réellement compris). Ils ont une architecture et une complexité très semblable à celles d'un neurone. Les fentes de filtrations que l'on trouve au niveau de ponts ou diaphragmes sont tendus entre les pieds des podocytes. Ces fentes sont beaucoup plus petites que les fenestrations des cellules endothéliales, c'est un système à fermeture éclair. Ce sont des structures protéiques qui vont déterminer les fentes dont la taille est de l'ordre de la dizaine d'ångströms. Toute la filtration passe à travers ces fentes, c'est un système qui fonctionne bien et qui est très résistant. Entre chaque pied il y a un diaphragme qui représente le filtre le plus fin et qui est composé essentiellement de Néphrine. C'est l'accolement de plusieurs extensions qui forme donc cette fente. La barrière glomérulaire Elle possède une épaisseur de 0,0005 mm, une surface de 0,1 à 0,5 m2 et un poids de <1 g. C'est donc une toute barrière qui joue un rôle capitale pour la fonction rénale. Le diamètre des pores est estimé à 35A. Il y a 99,94% de 1'albumine qui est retenu dans le plasma. L'albumine possède un poids de 65kDa, une charge de -15, un diamètre de 15nm de long, et un rayon réel de 35 A. On estime que 1 à 3 g d'albumine passe dans 1'urine primitive. 8/14

9 Chez un patient atteint d'une maladie de la membrane basale, un globule rouge de 67μm de diamètre est capable de passer en s'écrasant complètement. A l état physiologique ce passage n'est pas permis. L'urine primitive Il s'agit d'un ultrafiltrat du plasma qui ne contient quasiment pas de protéines. Elle est composée d'électrolytes très proche de ceux retrouvés de l'eau plasmatique sauf pour les ions liés aux protéines comme le calcium. L'urine primitive possède une osmolalité de 300 mosm/kg. Le débit de filtration glomérulaire La normale est de 120 ml/mn/ 1,73 m2, soit 180 litres/24h. Le Volume plasmatique est de 3 litres. Il est filtré 50 fois par jour. Le volume extra-cellulaire est de 151itre. Il est filtré 12 fois par jour. Le rein est donc un filtre remarquable. Ce système permet l'élimination à coût énergétique nul de grandes quantités de substances dissoutes à faible concentration en se branchant sur le système vasculaire. Le prix à payer est la réabsorption par le tubule qui demande une grande énergie car l'on consomme seulement environ 1,5L d'eau par jour et non 180L. La fraction filtrée Seulement 20% du plasma traversant les reins est filtré. C'est la fraction filtrée : débit de filtration glomérulaire/débit plasmatique rénal qui est égal à 120/600. Le débit plasmatique rénal correspond à 60% du débit sanguin rénal. Comment calculer le DFG? ( notion de CLAIRANCE) Il faut un traceur: - filtré sous forme libre (petit) - qui ne doit pas être réabsorbé ni sécrété par la cellule tubulaire - qui ne possède pas de métabolisme ou de production rénale - qui n'a pas d'effet sur la fonction rénale En pratique on utilise : - Inuline, iothalarnate, Cr5 l : qui sont exogène (ce sont les meilleurs mais très peu pratiques) - Créatinine, cystatine C: qui sont endogènes (plus pratiques) La clairance est le volume d'une solution complètement débarrassé du soluté par unité de temps. On estime que le DFG est le reflet du volume de sang débarrassé complètement de créatinine ou de Cr51 par exemple par unité de temps. 9/14

10 On calcule la clairance d'un soluté éliminé par le rein grâce à la formule: U*V/ P U : Concentration urinaire du soluté P : Concentration plasmatique du soluté V : Débit urinaire en ml/mn Clairance en ml/mn/l,73m2 Exemple de calcul de clairance : Pour calculer le DFG, on fait une créatininémie et une créatininurie : Créatininémie : 75 μmol/l Créatininurie : 11,5 mmol/l Diurèse des 24 heures : 1,4 L Conversion : créatiniurie en μmol/1 et diurèse en ml/mn On change les unités : créatininurie = μmol/l Débit urinaire : 1mL/mn Cela donne : DFG ou clairance = 11500*1/75 = 153mL/mn La créatinine est produite par le muscle et éliminée par le rein. Sa valeur dépend de la masse musculaire, des apports alimentaires et de la fonction rénale, donc très variable entre les individus. La créatinine est sécrétée par le tubule rénal. La limite de l'uv/p est le recueil des urines de 24 h (peu commode ). Aujourd'hui on utilise les formules de Cockroft, MDRD, CKD-Epi afin de palier à ce problème. Ces formules dépendent de la créatinine, de l'âge et du sexe du patient. Il y a 3 déterminants du DFG : la surface totale de filtration disponible (stable) la perméabilité de la membrane de filtration (stable) : si c'est la membrane qui se met à moins filtrer, il y aura une baisse du DFG la pression de filtration, qui est le facteur le plus important et le seul pris en compte en physiologie. Lorsque la pression artérielle systolique diminuera en dessous de 80mmHg, le DFG va baisser. En dessous de 45-60mmHg, il n'y a plus de filtration. On peut appliquer l'équation de Starling au glomérule. La pression hydrostatique dans le capillaire est de 45mmHg. La pression hydrostatique dans la chambre urinaire est à 10mmHg. La pression oncotique au début du capillaire est de 20mmHg et augmente jusqu'à 35mmHg à la fin. On peut donc maintenir de la filtration glomérulaire tout le long du capillaire, il n'y a pas de rétrofiltration. En appliquant l'équation de Starling sur un néphron isolé, on a : ΔFG= Kf(ΔPH-ΔΠ) Kf= Surface capillaire*perméabilité capillaire (contraction des cellules mésangiales) ΔPH= PH cap PH urine 10/14

11 On peut considérer la pression oncotique de l urine nulle donc ΔΠ= Πcap En physiologie, hors de cas extrêmes, pathologiques, la valeur du DFG ne dépend pas de la pression artérielle systémique. La filtration glomérulaire cesse quand la pression artérielle moyenne passe sous les mm Hg. La fonction rénale est un très bon indicateur de la fonction cardiaque. En effet, lors d'un dysfonctionnement cardiaque important le patient ne pissera plus. La pression hydrostatique des capillaires est contrôlée par le tonus vasoconstricteur des artérioles afférentes et efférentes. Si on vasoconstricte l'artériole afférente, qui amène le sang, on va avoir une diminution de la pression hydrostatique capillaire donc une diminution du DFG. Si on vasoconstricte l'artériole efférente, on augmentera la pression hydrostatique capillaire. Les modifications du Kf sont marginales, l'augmentation de la pression oncotique joue relativement peu. Au niveau des pressions, tout est adapté et un équilibre va se faire. Si on a une diminution de la tension artérielle, l'artériole afférente va avoir tendance à se vasodilater car l'effet Bayliss sera moindre. La pression hydrostatique capillaire va pouvoir se maintenir jusqu'à un certain niveau et le DFG se maintiendra. Si on augmente la pression artérielle, il va y avoir un effet Bayliss qui va induire une vasoconstriction qui va éviter que la pression hydrostatique capillaire n'augmente le DFG et va se maintenir entre 80 et 180mmHg. Les modifications du Kf passent par la constriction des cellules mésangiales qui diminue la surface de filtration. Une diminution de la pression oncotique va augmenter le DFG. Il est rare qu'un déterminant se modifie de façon isolé. Il y a le plus souvent un équilibre entre les différents déterminants. 11/14

12 En réalisant une saignée, la pression artérielle va diminuer. Le rein va donc tenter de maintenir son DFG en créant une vasodilatation pour maintenir la pression hydrostatique. Si on passe du NaCl en trop forte quantité, la pression artérielle augmente, le rein va maintenir son DFG en créant une vasoconstriction. Les déterminants de la baisse du FDG : La diminution du coefficient de filtration dans les maladies rénales L'augmentation de la pression hydrostatique urinaire. S'il y a un obstacle sur les voies excrétrices urinaires, il va y avoir une augmentation de la pression hydrostatique urinaire. L'augmentation de la pression oncotique capillaire. La diminution de la pression hydrostatique, c'est important. Il y a plusieurs raisons : il peut y avoir une diminution de la pression artérielle (perte de 40% de la volémie) qui dépend tout de même de la vitesse, une vasodilatation de l'artériole efférente (angiotensine 2), une vasoconstriction de l'artériole afférente (comme c'est un phénomène très dépendant des prostaglandines, il faut bannir les anti-inflammatoires non stéroïdiens) L'ibuprofène intervient directement sur le tonus de l'artère afférente. La ciclosporine provoque une vasoconstriction de l'artère afférente ce qui fait chuter la tension artérielle et donc empêche la filtration. Autorégulation : le rein fait passer ses propres besoins avant les besoins des autres organes (#société individualiste), et a pour objectif de maintenir sa pression à 120mmHg. Elle dépend de deux phénomènes : - Un mécanisme myogénique (l'effet Bayliss) qui est calcium dépendant. - Un rétrocontrôle négatif tubulo-glomérulaire. C'est un mécanisme connectant la quantité de chlore dans le tubule distal et le tonus vasculaire glomérulaire. S' il y a trop de chlore (Nacl), il va y avoir un rétrocontrôle qui inhibe la filtration par une vasoconstriction qui entraîne une diminution de la pression hydrostatique et donc de la filtration. La macula densa y joue un rôle important. La macula densa Il s'agit de cellules du tube distal au contact du glomérule. Elle forme avec d'autres cellules spécialisées, l'appareil juxtaglomérulaire. La macula densa mesure la concentration en chlore, en pratique de NaCl présente au niveau du tubule distal. 12/14

13 Par des études de microponction chez 1'animal (le rat) il a été montré qu'une augmentation de la quantité en NaCl entraîne une vasoconstriction de 1'artériole afférente et qu'une diminution de la quantité de NaCl entraîne une vasodilatation de 1'artériole afférente. S'il y a une augmentation du NaCl c'est que la filtration est augmentée et donc le rein va diminuer cette filtration. En revanche si le NaCl est abaissée c'est que le rein ne filtre pas suffisamment. Les médiateurs sont 1'adénosine et le NO. Les mécanismes exacts ne sont pas encore complètement élucidés. L'intégration de signaux vasculaires et tubulaires localement dépendent de l'état de l'organisme entier. L autorégulation est essentielle dans des conditions physiologiques. Il y a une association à des phénomènes nerveux et hormonaux qui vont intégrer les signaux extra rénaux pour adapter le débit sanguin rénal et le débit de filtration glomérulaire à la volémie. Les régulateurs intégrés sont : - Le système rénine angiotensine aldostérone - Les dérives de 1'acide arachidonique - Le système Kinine Kallicréine - Le système nerveux sympathique - Les autres (facteur natriurétique et AVP) La filtration glomérulaire produit un grand volume de solutés à faible coup énergétique. Son moteur est la vascularisation rénale. Dans les limites de la physiologie, il y a un rôle important des mécanismes d'autorégulation et la nécessité d'une intégration. Il va falloir faire le tri entre ce qui doit être conservé et éliminé. CR : bon courage pour ce cours de physiologie alors que nous n'avons toujours pas vu l'anatomie du rein... 13/14

14 Dédicace : A tout le California et à son bière pong de folie:p Aux 6 nuances d'amour <3!! Aux soirées poker où on fait tout sauf jouer au poker, elles se reconnaîtrons hihi <3 A la Team Vietnam A Elsa qui m'a sauvé dans ma galère d'ordinateur pendant le ronéo!! 14/14